Expression of exoinulinase genes in Saccharomyces cerevisiae to improve ethanol production from inulin sources
- 作者
- Bo Yuan, Shi-An Wang, Fu-Li Li
- 单位
- Shandong Provincial Key Laboratory of Energy Genetics, Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology, Chinese Academy of Sciences; University of Chinese Academy of Sciences; Key Laboratory of Biofuels, Qingdao Institute of BioEnergy and Bioprocess Technology, Chinese Academy of Sciences
- 杂志
- Biotechnology Letters（2013）
- DOI
- 10.1007/s10529-013-1251-1
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
酿酒酵母缺乏菊粉酶基因，无法直接利用菊粉进行乙醇发酵，需要引入外源外切菊粉酶以改善菊粉底物的乙醇生产效率。
研究策略
将来自Kluyveromyces marxianus和Candida kutaonensis的外切菊粉酶基因（inuKM和inuCK）在酿酒酵母JZ1C中异源表达，使用相同的组成型启动子PGK1p和信号肽，比较两种来源酶对菊粉和菊芋粉乙醇发酵的影响。
核心内容
为改善酿酒酵母对菊粉底物的乙醇发酵效率，研究者将来源于Kluyveromyces marxianus和Candida kutaonensis的外切菊粉酶基因inuKM与inuCK分别在酿酒酵母JZ1C中异源表达，两者共用相同的组成型启动子PGK1p和信号肽，以比较酶源差异。结果显示，表达inuCK的菌株JZ1C-inuCK胞外菊粉酶活性最高达3.46 U/ml，高于表达inuKM的2.73 U/ml和宿主的1.08 U/ml。以200 g菊粉/L发酵时，JZ1C-inuCK最高乙醇产量为0.38 g/g，乙醇生产力为1.35 g/l/h，较宿主产量提高约11%，而表达inuKM的菌株仅提高0.9%。在200 g菊芋粉/L条件下，JZ1C-inuCK同样表现最优，乙醇产量达0.47 g/g，生产力为1.62 g/l/h。研究表明，来自C. kutaonensis的外切菊粉酶基因在酿酒酵母中更具应用潜力，为利用菊粉类原料进行工程化乙醇生产提供了有效策略。
创新点
首次在酿酒酵母中表达来自Candida kutaonensis的外切菊粉酶基因，并证明其比来自K. marxianus的基因更能提高乙醇产量和生产力。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Saccharomyces cerevisiae JZ1C | 菊粉乙醇发酵 | inuKM | 外切菊粉酶（Exoinulinase） | 催化 | 来自Kluyveromyces marxianus PT-1，含自身信号肽 |
| Saccharomyces cerevisiae JZ1C | 菊粉乙醇发酵 | inuCK | 外切菊粉酶（Exoinulinase） | 催化 | 来自Candida kutaonensis，与K. marxianus信号肽融合表达 |
| Saccharomyces cerevisiae JZ1C | 基因表达调控 | PGK1p | — | 调控 | 组成型启动子，用于驱动外切菊粉酶基因表达 |
关键发现
表达C. kutaonensis外切菊粉酶基因的菌株JZ1C-inuCK最高胞外菊粉酶活性为3.46 U/ml，而JZ1C-inuKM为2.73 U/ml，宿主JZ1C为1.08 U/ml。以200 g菊粉/l发酵时，JZ1C-inuCK、JZ1C-inuKM和JZ1C的最高乙醇产量分别为0.38、0.34和0.34 g/g，乙醇生产力分别为1.35、1.22和1.19 g/l/h。以200 g菊芋粉/l发酵时，三者的最高乙醇产量分别为0.47、0.46和0.43 g/g，乙醇生产力分别为1.62、1.54和1.02 g/l/h。JZ1C-inuCK的乙醇产量比宿主提高约11%，而JZ1C-inuKM仅提高0.9%。
研究结论
在酿酒酵母中异源表达外切菊粉酶基因可显著改善菊粉原料的乙醇发酵；来自C. kutaonensis的外切菊粉酶基因相比K. marxianus的基因更有优势，可用于酿酒酵母的工程改造。